超聲波測距溫度補償(更新于0917)測試通過-wenkub
2023-04-10 04:17:30 本頁面
【正文】 上述TCT40—16T發(fā)射的在空氣中傳播，遇到障礙物就會返回，超聲波接收部分是為了將反射波(回波)順利接收到超聲波接收換能器TCT40—16R進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成電信號，經(jīng)過索尼CX20106A芯片對此電信號進(jìn)行放大、濾波、整形等處理后，(INT0)引腳，以產(chǎn)生一個中斷。圖中輸出端上拉電阻R1,R6，一方面可以提高反向器74HC04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。超聲波發(fā)射部分超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器TCT40—16T能向外界發(fā)出40 kHz左右的方波脈沖信號。整個系統(tǒng)由單片機(jī)AT89S52控制，超聲波傳感器采用收發(fā)分體式，分別是一支超聲波發(fā)射換能器TCT40—16T和一支超聲波接收換能器TCT40—16R。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。圖1中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中振蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辨率的溫度測量。DS18B20的測溫原理如圖1所示，圖1中低溫度系數(shù)的晶振的振蕩頻率受溫度很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。s1表示，則有關(guān)系式(1)s=vt／2 (1)溫度補償及其原理目前，大多數(shù)溫度測控系統(tǒng)在進(jìn)行溫度測量時，通常采用模擬式溫度敏感元件，如熱電阻、熱電偶、紅外測溫儀等，將溫度轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號放大電路放大到合適的范圍，再由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。其原理是超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達(dá)測量目標(biāo)或障礙物后反射回來，經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時間即往返時間，往返時間與超聲波傳播的路程的遠(yuǎn)近有關(guān)。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。本次設(shè)計超聲波傳感器采用電氣方式中的壓電式超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。通過實驗可獲得波速與溫度之間的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停篤=+，T為現(xiàn)場溫度，V為實際波速。表1為超聲波在不同溫度下的波速值。2cm。（二 ）設(shè)計方案超聲波傳聲器結(jié)構(gòu)簡單、行能可靠、成本低、易集成，因此采用超聲波測距的方式進(jìn)行距離測量。表1 一些溫度下聲速溫度T/℃3020100102030聲速v/m從式中可看出，要獲得精確的波速值，必須首先獲取現(xiàn)場溫度T的大小。它有兩個壓電晶片和一個共振板。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器其結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。測試傳輸時間可以得出距離。此種形式的溫度測量結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量精度易受原器件參數(shù)影響。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入計數(shù)器1和溫度寄存器中，計數(shù)器1的溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。其輸出用于修正計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。超聲波信號通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)射至空氣中，遇被測物反射后回波被超聲波接收換能器接收。40 kHz左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如由555振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機(jī)軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。圖3 超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路圖如圖4所圖4 超聲波接收電路 單片機(jī)控制電路單片機(jī)采用STC89C52,借用實驗箱電路，單片機(jī)原理電路如圖6所示圖6 單片機(jī)原理電路 主程序首先要對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器T0工作模式為16位定時/計數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并對液晶清屏，顯示邊框等基本顯示；然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，同時調(diào)用測溫子程序進(jìn)行現(xiàn)場溫度的測量并由經(jīng)驗公式V=+。測出距離后，結(jié)果由液晶顯示出來，然后再發(fā)超聲波脈沖調(diào)用溫補子程序重復(fù)測量過程。超聲波測距主程序利用外部中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（INT0低電平），立即進(jìn)入超聲波接收中斷程序。DS18B20的操作順序是：第一步：對DS18B20初始化；第二步：發(fā)送ROM命令；第三步：發(fā)送功能命令。其中2號腳與地之間連接 RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大的增益和頻率特性。6號腳與地之間接的積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pf，由于手頭沒有330pf的就用兩個680pf的電容串聯(lián)，這樣做對功能有一定影響但不是很大，具體規(guī)律是電容太大會導(dǎo)致探測距離縮短。測量數(shù)據(jù)表1 距離實際距離（cm）57102030507090100測量距離（cm）67102029497192101表2 溫度及對應(yīng)的波速當(dāng)前溫度（℃）282930313233343536當(dāng)前波速（m/s）348349349350
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